METODO AASHTO 1993 Lametodologapropuestaparaeldiseoestructuraly
dimensionamientodelpavimentoeslaMetodologa
AASHTO93,consideraeldiseodepavimentosde
caminosdebajovolumendetrnsito.Losparmetros
dediseoqueconsideransonlaspropiedadesdelos
materiales,tipodetrnsito,condicionesambientales, etc. 2. Mtodo de
Diseo ElMtodoseleccionadoeseldesarrolladoporla
AsociacinAmericanadeAdministradoresEstadales de Carreteras y
Transporte (AASHTO) Gua de diseo AASHTO-93 2.1 Ecuacin de diseo (
)07 . 8 log * 32 . 21109440 . 05 . 1 2 . 4log20 . 0 ) 1 ( log * 36
. 9 * 18 log1019 . 51010 10 +++((
A+ + + =R o RMSNPSISN S Z WtVariables independientes: Wt18:
Nmero de aplicaciones de cargas equivalentes de 80 kN acumuladas en
el periodo de diseo (n). ZR: Valor del desviador en una curva de
distribucin normal, funcin de la Confiabilidad del diseo (R) o
grado confianza en que las cargas de diseo no sern superadas por
las cargas reales aplicadas sobre el pavimento. (Ecuacin 1) 2.1
Ecuacin de diseo So: Desviacinestndardelsistema,funcindeposibles
variacionesenlasestimacionesdetrnsito(cargasy
volmenes)ycomportamientodelpavimentoalolargodesu vida de servicio.
APSI:PrdidadeServiciabilidad(CondicindeServicio)
previstaeneldiseo,ymedidacomoladiferenciaentrela planitud (calidad
de acabado) del pavimento al concluirse su
construccin(ServiceabilidadInicial(po)ysuplanitudalfinal del
periodo de diseo (Servicapacidad Final (pt). MR: Mdulo Resiliente
de la subrasante y de las capas de bases y
sub-basesgranulares,obtenidoatravsde ecuaciones de correlacin con
la capacidadportante (CBR) de los materiales (suelos y granulares).
2.1 Ecuacin de diseo Variable dependiente: SN:Nmero Estructural, o
capacidad de la estructura para soportar las cargas bajo las
condiciones (variables independientes) de diseo. El nmero
estructural requerido por el proyecto, SN, se convierte
enespesoresdecarpetaasfltica,baseysubbase,mediante coeficientes de
capa que representan la resistencia relativa de los materiales de
cada capa. La ecuacin de diseo es la siguiente: SN = a1 D1 + a2 D2
m2 + a3 D3 m3 (7.2) Donde: ai: coeficiente de la capa i (1/pulg.)
Di:espesor de la capa i (pulg.) mi: coeficiente de drenaje de la
capa i (adimensional) Lossubndices1,2y3serefierenalascapasdecarpeta
asfltica,baseysubbase(siseaplica)respectivamente.Los
coeficientesdecapadependendelmduloresilientedelsuelo
(MR),sedeterminanempleandolosconceptosesfuerzo-deformacin de un
sistema multicapa.
LoscoeficientesdecapausadosenlapistadepruebaAASHO son: Concreto
asfltico superficial, a1 : 0.40 - 0.44 pulg Base de piedra
chancada, a2 : 0.10 - 0.14 pulg Sub base de grava arenosa, a3 :
0.06 - 0.10 pulg MODULO DE RESILENCIA Puesto que no todos los pases
cuentan con equipos que permitan la determinacin en laboratorio de
los mdulos resilientes para suelos, existen varias correlaciones
que pueden ser utilizadas para realizar una estimacin en base al
CBR u otras variables. A continuacin se detallan algunas de ellas:
Mr = 1,500 x CBR Correlacin entre el Modulo de Resiliente de la
Subrasante y otras propiedades del suelo (1 psi = 6.9 kPa; from
Huang, 1993, after Van Til et al., 1972). Mr en psi y CBR en %,
para suelos finos con CBR menor a 10% Desarrollada por Heukelom y
Klomp, debe usarse con precaucin. Otras correlaciones importantes
son: Mr = 2555 x CBR0.64 CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL REQUERIDO A
continuacin se detallan los parmetros de diseo y recomendaciones de
AASHTO. a) Perodo de Diseo Elperododediseoserefierealtiempodesde
que la estructura de pavimento entra en servicio hasta antes que
necesite algn trabajo de rehabilitacin. Tabla 7.3: Perodos tpicos
de diseo Condiciones de carreterasPeriodo de Anlisis Vas urbanas
con alto volumen30 - 50 Vas rurales con alto volumen20 - 50
Pavimentos de bajo volumen15 - 25 Superficie granular con bajo
volumen 10 - 20 b) Trnsito
Eldiseoconsideraelnmerodeejesequivalentes (ESAL) para el perodo de
anlisis (W18)enelcarrildediseo.Apartirdeconteos vehiculares y
conversin a ejes equivalentes,eldiseadordebeafectarelESALen ambas
direcciones por factores direccionales y de carril (si son ms de
dos), aplicando la siguiente ecuacin: W18 = DD DL w 18 (7.3) Donde:
DD factor de distribucin direccional DL factor de distribucin por
carril w18trficototalenambasdireccionesparael perodo de diseo
ElfactordedistribucindireccionalDDgeneralmente es 0.5 (50%) para la
mayora de las carreteras; sin embargo, este puede variar de 0.3 a
0.7 dependiendo de la incidencia de
trficoenunadireccin.Losfactoresdedistribucin por carril, DL,
recomendados por AASHTO Tabla 7.4.- Factor de distribucin por
carril DL N Carriles en una direccin% ESAL en carril de diseo 1100
280 100 360 80 450 - 75 Serviciabilidad Inicial La Serviciabilidad
Inicial (po) es una medida de la suavidad del pavimento o facilidad
de conduccin inmediatamente despus de la construccin. Tiene un
rango en una escala de 0 a 5. El promedio de serviciabilidad
inicial para pavimentos flexibles en el Ensayo de Carreteras de la
AASHO fue 4.2, el cual es normalmente utilizado en los diseos de
pavimentos flexibles nuevos Serviciabilidad Final
LaServiciabilidadFinal(Pt)eselndicedeserviciomnimo aceptable del
pavimento, antes de que requiera una rehabilitacin. En contraste
con la serviciabilidad inicial que se mide en base a los
registrosde construccin,laserviciabilidadfinalo terminalesuna
funcindemuchosfactores,incluyendoclasificacindel
pavimento,volumendetrficoyubicacin.Generalmentelasvas
demayortrficorequierenestarenmejorescondicionesantesde
rehabilitarsequeloscaminosvecinalesdebajavelocidad.Los
valorestpicosdeserviciabilidadfinalrecomendadosporlaGua
AASHTOenlaParte1,seccin1.3estnentre2y3,elprimero para vas poco
transitadas y el ltimo para carreteras importantes. La primera
medida de la serviciabilidad es el Indice de Serviciabilidad
Presente, PSI, que vara de 0 (carretera imposibles de transitar) a
5 (carretera perfecta). El PSI se obtiene midiendo
larugosidadydao(agrietamiento,parchadoydeformacin
permanente)enuntiempoenparticulardurantelavidade servicio del
pavimento. La rugosidad es el factor dominante para estimar el PSI
del pavimento. LaguaAASHTO93usalavariacintotaldelndicede
serviciabilidad(PSI)comocriteriodediseo,quesedefine como: PSI = p0
pt Donde: p0 ndice de serviciabilidad inicial pt ndice de
serviciabilidad final, que es el ms bajo ndice COEFICIENTES DE
DRENAJE El mtodo AASHTO asume que la resistencia de la subrasante y
base permanecerconstantedurantelavidadeserviciodelpavimento.
Lacalidaddedrenajeseincorporaaldiseo,modificandolos coeficientes de
capa. El factor que modifica el coeficiente de capa se
representapormi.Elposibleefectodeldrenajeenelconcreto asfltico no
se considera. La siguiente tabla presenta las definiciones
generales correspondientes a los diferentes niveles de drenaje
Tabla 7.6 . Lasiguientetablamuestraloscoeficientesrecomendados
dependiendo de la calidad de drenaje y el porcentaje de tiempo
anual en que la estructura del pavimento podra estar expuesta a
niveles de humedad cercanos a la saturacin Tabla 7.7. Factor de
ConfiFactor de Confiabilidad, R Tabla 7.5 Desviacin Estndar Normal
(ZR) Tabla 7.6 La desviacin estndar normal est en funcin de la
confiabilidad delproyecto,R.En lasiguientetablase muestran
losvaloresde desviacinestndarcorrespondienteadiferentesnivelesde
confiabilidad. Carta de Diseo de Pavimentos Flexibles AASHTO 1993
Nomograma 7.2
Figura7.3.-Cartaparacalcularelcoeficienteestructuralde Concreto
asfltico de gradacin densa Figura 7.4.- Variacin de coeficiente de
capa de base granular (a2) con la variacin de los parmetros de
resistencia Figura 7.7.- Variacin de coeficiente de capa de sub
base granular (a3) con la variacin de los parmetros de resistencia
Figura7.5.-Variacindecoeficientedecapade bases tratadas con cemento
(a2) Figura7.5.-Variacindecoeficientedecapade bases tratadas con
asfalto (a2) Ejemplo:
Efecteeldiseodeunpavimentoflexiblenuevoparaunperodo
dediseode10aos,considerandounniveldeserviciabilidad inicial de 4 y
final de 2. El mdulo resiliente de la subrasante es 15.5
ksi.Asumaqueeltrficoacumuladoproyectadoesde3.41x10^6
ESALenelcarrildediseo.Considerequesetratadeunavade
granimportancia.Adoptelosparmetrosquecreaconveniente para la
solucin del problema. Solucin: Perodo de diseo, n = 10 aos Md.
resiliente subrasante, = MR 15,500 psi ESAL de diseo, W18 =
3.41x10^6 PSIo = 4.0 PSIf = 2.0 Confiabilidad, R 95% valor promedio
de 80 a 99.9%, Tabla 7.5 Desv. Est. Normal, ZR : -1.645 Tabla
7.6ErrorEstndar,So=0.45(AASHTO1993recomiendavalores entre 0.40 y
0.50 para pavimentos flexibles) Clculo del Nmero Estructural Segn
el nomograma de la figura 7.2 se tiene: SNaprox=3.2 Este valor debe
ser ajustado aplicando la ecuacin 7.1 de cuyo resultado se obtuvo
que: SNrequerido=3.4 Diseo de Espesores Las condiciones de drenaje
asumidas para el proyecto son buenas y
elporcentajedetiempoenquelaestructuradelpavimentoes expuesta a
niveles de humedad prximos a la saturacin son 1-5% y
5-25%paralascapasdebasegranularysubbasegranular, respectivamente.
De las tablas 7.6 y 7.7 se tiene: Drenaje de base granular m2=1.1
Drenaje de sub base granular m3=1.0 Coeficientes de Capas: Carpeta
asfltica E=450,000 psi a1 = 0.44 pulg-1 (figura 7.3) Base granular
CBR=100% a2 = 0.14 pulg-1 (figura 7.4) MR = 30,000 psi Sub base
granular CBR=25% a3 = 0.10 pulg-1 (figura 7.7) MR = 13,600 psi
AASHTO 1993 propone dos metodologas para determinar los espesores
de las capas que compondrn la estructura del
pavimento.Elprimermtodoesporespesoresmnimosyla segunda donde los
espesores mnimos sonreferenciales. PrimerMtodo:porEspesoresMnimos
Laguarecomiendalossiguientesespesoresenfuncin del trnsito: Tabla
7.8. Segn la tabla 7.8 los espesores mnimos recomendados, para el
trnsito son: D1=3.5 pulg. Espesor de carpeta asfltica D2=6.0 pulg.
Espesor de base granular Reemplazando estos valores en la ecuacin
7.2: SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 3.4 = 0.44 3.5 + 0.14 6.01.1+
0.10D3 1.0 D3 = 9.36 pulg D3 = 10 pulg Otras alternativas de ste
primer mtodo son: 2 tanteo: D1 = 4 pulg D2 = 6 pulg SN = 3.484 D3 =
8 pulg 3 tanteo: D1 = 3.5 pulg D2 = 8 pulg SN = 3.512 D3 = 8 pulg
SegundoMtodo:dondelosespesoresmnimosson referenciales a) Se asume
que la carpeta asfltica se cimentar sobre la base granular con
mdulo resiliente de 30,000 psi: Segn el nomograma de la figura 7.2
y aplicando la ecuacin 7.1 se obtuvo que: b) Ahora se asume que la
base granular se cimienta sobre la sub base granular con mdulo
resiliente de 13,600 psi: c) Ahora se asume que la sub base
granular se cimienta sobre la subrasante con mdulo resiliente de
15,500 psi: